JPH0717768A - Silicon nitride ceramic substrate and use thereof - Google Patents

Silicon nitride ceramic substrate and use thereof

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JPH0717768A
JPH0717768A JP5146103A JP14610393A JPH0717768A JP H0717768 A JPH0717768 A JP H0717768A JP 5146103 A JP5146103 A JP 5146103A JP 14610393 A JP14610393 A JP 14610393A JP H0717768 A JPH0717768 A JP H0717768A
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JP
Japan
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silicon nitride
ceramic substrate
substrate
thermal resistance
nitride ceramic
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Application number
JP5146103A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiko Tsujimura
好彦 辻村
Yoshiyuki Nakamura
美幸 中村
Koichi Uchino
紘一 内野
Katsunori Terano
克典 寺野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denka Co Ltd
Original Assignee
Denki Kagaku Kogyo KK
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a silicon nitride ceramic substrate having low thermal resistance and suitable for use as a substrate for a thyristor and a ceramic substrate with a copper circuit remarkably excellent in durability to thermal shocks and heat history. CONSTITUTION:The objective silicon nitride ceramic substrate has <=0.20 deg.C/W thermal resistance. A copper circuit is, formed on one side of this silicon nitride ceramic substrate and a copper sheet having an area nearly equal to that of the substrate is joined to the other side to obtain the objective ceramic substrate with the copper circuit.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電子部品の動力コント
ロール部に相当するパワーデバイスの中でも中心的な存
在であるサイリスタ用基板として好適な窒化ケイ素質セ
ラミックス基板及びその窒化ケイ素質セラミックス基板
を用いてなる銅回路を有するセラミックス基板に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention uses a silicon nitride ceramic substrate suitable for use as a substrate for thyristors, which is a core of power devices corresponding to the power control section of electronic parts, and the silicon nitride ceramic substrate. The present invention relates to a ceramic substrate having a copper circuit formed of

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ロボットやモーター等の産業機器
の高性能化に伴い、サイリスタは、逆阻止型、高速型、
ゲートターンオフ(GTO)型等の種類も多岐にわた
り、さらに最近の素子構造の設計技術や製造プロセス技
術の進歩により、高耐圧化、大電流化が進み半導体素子
から発生する熱も増加の一途をたどっている。この熱を
効率よく放散するため、サイリスタ用基板では従来より
様々な方法がとられてきた。特に最近では、良好な熱伝
導性セラミックス基板が利用できるようになったため、
基板上に銅板などの金属板を接合し、回路を形成後、そ
のまま又はメッキ等の処理を施してから半導体素子を実
装する構造も採用されつつある。
2. Description of the Related Art In recent years, as industrial equipment such as robots and motors have become higher in performance, thyristors have been developed into
There are various types such as gate turn-off (GTO) type, and due to the recent progress in design technology and manufacturing process technology of the device structure, high breakdown voltage and large current have been developed, and heat generated from semiconductor devices has been increasing. ing. In order to efficiently dissipate this heat, various methods have been conventionally used for the thyristor substrate. Especially recently, since good heat conductive ceramics substrates have become available,
A structure is also being adopted in which a metal plate such as a copper plate is bonded onto a substrate, and after forming a circuit, a semiconductor element is mounted as it is or after a treatment such as plating is performed.

【0003】このようなサイリスタ用基板を使用した素
子の用途は、ロボットやモーター等から各種工作機械や
洗濯機、電子レンジ等家電製品全般に広がることが期待
されている。
It is expected that the use of the element using such a thyristor substrate will be expanded to various home electric appliances such as various machine tools, washing machines, microwave ovens, from robots and motors.

【0004】サイリスタ用基板では、従来のアルミナ基
板に変わって窒化アルミニウム基板が注目されるように
なった。この窒化アルミニウム基板と銅板の接合方法と
しては、銅板と窒化アルミニウム基板との間に活性金属
を含むろう材を介在させ、加熱処理する活性金属ろう付
け法(例えば特開昭60-177634 号公報)や、表面を酸化
処理した窒化アルミニウム基板と銅板とを銅の融点以下
でCu-Oの共晶温度以上で加熱接合するDBC法(例えば
特開昭56-163093 号公報)等がある。
As a substrate for thyristors, an aluminum nitride substrate has been receiving attention instead of a conventional alumina substrate. As a method for joining the aluminum nitride substrate and the copper plate, an active metal brazing method in which a brazing material containing an active metal is interposed between the copper plate and the aluminum nitride substrate and heat treatment is performed (for example, JP-A-60-177634). Alternatively, there is a DBC method (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 56-163093) in which an aluminum nitride substrate whose surface is oxidized and a copper plate are heated and bonded at a melting point of copper or lower and a eutectic temperature of Cu-O or higher.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】サイリスタ用基板が備
えなければならない特性は、放熱、機械的強度、接合の
信頼性等であるが、これらのうち、放熱性は基板材料の
特性に負うところが大である。従来、この種の基板とし
ては、高熱伝導性の観点から、酸化ベリリウム、窒化ア
ルミニウム、炭化ケイ素等のセラミックス基板が検討さ
れてきたが、これらには一長一短がある。例えば、酸化
ベリリウムは熱伝導性に優れるが毒性であり、窒化アル
ミニウムは熱伝導率を理論値に近づけるには技術的に困
難な点が多くコスト高となる。さらに重要なことは、サ
イリスタ用基板は、サイズの大きいものが多いので、こ
れらのセラミックス基板では機械的強度が不十分で信頼
性に疑問があり、他の材料の出現が待たれている。
The characteristics that the thyristor substrate must have are heat dissipation, mechanical strength, reliability of bonding, etc. Of these, the heat dissipation is largely dependent on the characteristics of the substrate material. Is. Heretofore, as a substrate of this type, ceramic substrates such as beryllium oxide, aluminum nitride, and silicon carbide have been studied from the viewpoint of high thermal conductivity, but these have advantages and disadvantages. For example, beryllium oxide has excellent thermal conductivity but is toxic, and aluminum nitride is technically difficult to bring the thermal conductivity close to the theoretical value, resulting in high cost. More importantly, since many thyristor substrates are large in size, mechanical strength of these ceramic substrates is insufficient and reliability is questioned, and the emergence of other materials is awaited.

【0006】一方、近年、サイリスタに負荷される電力
が数kWをこえる領域に進出してきているため、これま
では余り重要視されなかった小数点以下2桁目や3桁目
の熱抵抗値が問題とされるようになった。すなわち、強
度・熱伝導性等の特性が十分満たされたセラミックス基
板であっても、それをモジュール化する際、メタライズ
や銅板との接合界面に生じたボイド等の欠陥によって素
子からの放熱が不十分となる、すなわち熱抵抗が計算ど
おりに低くならないという問題がある。従って、可能な
限り実使用の場合と差が生じないように熱抵抗を管理す
ることが要求されてきた。
On the other hand, in recent years, since the electric power loaded on the thyristor has advanced to a region exceeding several kW, the thermal resistance value at the second or third digit after the decimal point, which has not been so important so far, is a problem. Came to be said. In other words, even if a ceramics substrate is sufficiently filled with properties such as strength and thermal conductivity, when it is modularized, the heat radiation from the element cannot be radiated due to defects such as metallization and voids generated at the bonding interface with the copper plate. There is a problem that it is sufficient, that is, the thermal resistance does not decrease as calculated. Therefore, it has been required to manage the thermal resistance so as not to make a difference from the case of actual use as much as possible.

【0007】以上のことから、今日、サイリスタ用基板
に対する要求は、高強度であり、熱伝導性又は低熱抵抗
性に優れ、銅板との接合性が良いことである。
From the above, the requirements for a thyristor substrate today are high strength, excellent thermal conductivity or low thermal resistance, and good bondability with a copper plate.

【0008】本発明者らは、以上の要望に応えるべく種
々検討した結果、セラミックス基板の材質として窒化ケ
イ素に注目し、その厚みを薄くするなどして、基板の構
造的な観点から熱抵抗を減少させるとともに、この場
合、当然予想される基板の信頼性についても何ら問題の
ない、換言すれば、低熱抵抗であり、熱衝撃や熱履歴に
対しても十分な耐久性をもったセラミックス基板を完成
し、本発明を完成するに至ったものである。
As a result of various investigations in order to meet the above demands, the present inventors have focused their attention on silicon nitride as a material for a ceramic substrate and made it thinner to reduce the thermal resistance from the structural viewpoint of the substrate. In this case, there is no problem with the expected reliability of the substrate, in other words, a ceramic substrate with low thermal resistance and sufficient durability against thermal shock and thermal history. The present invention has been completed and the present invention has been completed.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、熱
抵抗が0.20℃/W以下であることを特徴とする窒化
ケイ素質セラミックス基板、及びこの窒化ケイ素質セラ
ミックス基板の片面には銅回路が形成され、反対の面に
は窒化ケイ素質セラミックス基板とほぼ等しい面積を有
する銅板が接合されてなることを特徴とする銅回路を有
するセラミックス基板である。
That is, the present invention provides a silicon nitride ceramic substrate having a thermal resistance of 0.20 ° C./W or less, and a copper nitride on one surface of the silicon nitride ceramic substrate. A ceramic substrate having a copper circuit, wherein a circuit is formed and a copper plate having an area substantially equal to that of the silicon nitride ceramic substrate is bonded to the opposite surface.

【0010】以下、さらに詳しく本発明について説明す
ると、一般的にセラミックス基板の熱伝導率と熱抵抗と
の関係は、(1)式として表すことができる。 RP =k・(1/λ)・(t/S) ・・・(1) RP :セラミックス基板の熱抵抗(℃/W) k :係数 λ :熱伝導率(W/mK) t :セラミックス基板の厚み(m) S :セラミックス基板の面積(m2
The present invention will be described in more detail below. Generally, the relationship between the thermal conductivity and the thermal resistance of a ceramic substrate can be expressed by the equation (1). R P = k · (1 / λ) · (t / S) (1) R P : Thermal resistance of ceramic substrate (° C./W) k: Coefficient λ: Thermal conductivity (W / mK) t: Thickness of ceramics substrate (m) S: Area of ceramics substrate (m 2 )

【0011】(1)式からセラミックス基板の熱抵抗を
小さくするには、熱伝導率を大きくする、厚みを薄くす
る、面積を大きくするの3つの方法が考えられる。この
うち熱伝導率は、選択する材料によって決まってしまい
同一材料で熱伝導率を向上させるには技術的に困難で限
界がある。また、セラミックス基板の面積は容易に変え
ることができるが他の技術的な側面、例えばモジュール
の大きさ等から制限を受けるので、余り自由に変えるこ
とはできない。そこで、本発明者らは窒化ケイ素質セラ
ミックス基板の厚みを小さくすることに着目した。
In order to reduce the thermal resistance of the ceramic substrate from the equation (1), three methods can be considered: increasing the thermal conductivity, reducing the thickness, and increasing the area. Of these, the thermal conductivity is determined by the material selected, and it is technically difficult and limited to improve the thermal conductivity with the same material. Further, the area of the ceramic substrate can be easily changed, but cannot be changed so freely because it is limited by other technical aspects such as the size of the module. Therefore, the present inventors have paid attention to reducing the thickness of the silicon nitride ceramic substrate.

【0012】通常、この分野で用いられる銅回路を有す
るセラミックス基板は、例えば、基板が窒化アルミニウ
ムの場合、その厚みが0.635〜1mmである。ここ
で、例えば、その厚みを60%にしたとすると熱抵抗も
60%となる。つまり、窒化アルミニウム基板の熱伝導
率を1/0.6=1.67倍にしたのと同等の効果があ
る。本発明者らは、このような観点にたって種々検討
し、実用に際しても強度等の耐久性の問題のない窒化ケ
イ素質セラミックス基板を完成させたものである。
Usually, the ceramic substrate having a copper circuit used in this field has a thickness of 0.635 to 1 mm when the substrate is aluminum nitride, for example. Here, for example, if the thickness is set to 60%, the thermal resistance is also 60%. That is, there is an effect equivalent to that in which the thermal conductivity of the aluminum nitride substrate is 1 / 0.6 = 1.67 times. The present inventors have made various studies from such a viewpoint, and have completed a silicon nitride ceramics substrate that does not have a problem of durability such as strength in practical use.

【0013】本発明において、窒化ケイ素質セラミック
ス基板の熱抵抗は、例えば、以下のようにして測定する
ことができる。まず、図1に示される装置を用い、トラ
ンジスタに負荷された電力(W)に対するトランジスタ
温度T1 とアルミニウム放熱ブロック温度T2 との温度
差(℃)から総熱抵抗を(RALL )を(1)式を用いて
算出する。その際の窒化ケイ素質セラミックス基板のサ
イズとしては、16×20mmが適切である。
In the present invention, the thermal resistance of the silicon nitride ceramic substrate can be measured, for example, as follows. First, using the apparatus shown in FIG. 1, the total thermal resistance (R ALL ) is calculated from the temperature difference (° C.) between the transistor temperature T 1 and the aluminum heat dissipation block temperature T 2 with respect to the electric power (W) loaded on the transistor (R ALL ). It is calculated using the formula 1). At that time, 16 × 20 mm is suitable as the size of the silicon nitride ceramics substrate.

【0014】この総熱抵抗(RALL )は(2)式のよう
に分解することができるので、窒化ケイ素質セラミック
ス基板の熱抵抗Rp は(3)式で与えられる。 RALL =RTr+RGr1 +RP +RGr2 ・・・(2) RTr :トランジスタ(シリコン)の熱抵抗 RGr1 :トランジスタ側の放熱グリースの熱抵抗 RP :窒化ケイ素質セラミックス基板の熱抵抗 RGr2 :アルミニウム放熱ブロック側の放熱グリースの
熱抵抗 RP =RALL −(RTr+RGr1 +RGr2 ) ・・・(3)
Since the total thermal resistance (R ALL ) can be decomposed as in the equation (2), the thermal resistance R p of the silicon nitride ceramic substrate is given by the equation (3). R ALL = R Tr + R Gr1 + R P + R Gr2 ··· (2) R Tr: Thermal resistance R of the transistor (silicon) Gr1: thermal resistance of the transistor side of the heat dissipation grease R P: Thermal resistance R of the silicon nitride ceramic substrate Gr2: aluminum radiating heat resistance of the block side of the radiating grease R P = R ALL - (R Tr + R Gr1 + R Gr2) ··· (3)

【0015】そこで、図2に示されるように、窒化ケイ
素質セラミックス基板を挟まないで部品を組立た装置を
用い、トランジスタ温度T3 とアルミニウム放熱ブロッ
ク温度T4 の温度差を測定して窒化ケイ素質セラミック
ス基板以外の部品の熱抵抗を算出する。両者の差が求め
る窒化ケイ素質セラミックス基板の熱抵抗となる。この
場合において、窒化ケイ素質セラミックス基板以外の部
品の熱抵抗は、それを十分に無視できるような材料、例
えば厚みの十分薄い銅板等で熱抵抗を測定し、その値で
代用することもできる。
Therefore, as shown in FIG. 2, the temperature difference between the transistor temperature T 3 and the aluminum heat radiation block temperature T 4 is measured by using a device in which the parts are assembled without sandwiching the silicon nitride ceramics substrate, and the silicon nitride nitride is measured. Calculate the thermal resistance of parts other than the base ceramic substrate. The difference between the two is the required thermal resistance of the silicon nitride ceramic substrate. In this case, the thermal resistance of the parts other than the silicon nitride ceramic substrate may be measured by using a material that can be sufficiently ignored, for example, a copper plate having a sufficiently thin thickness, and the value may be used as a substitute.

【0016】しかしながら、このように窒化ケイ素質セ
ラミックス基板の厚みを薄くして銅回路を形成する場
合、全体の強度が小さくなるため、銅板と窒化ケイ素質
セラミックス基板の熱膨張差による熱応力に対する抗力
が弱くなり信頼性に問題がある。しかし、このような問
題が現実となった場合には、常温曲げ強度が700MP
a以上特に900MPa以上の窒化ケイ素質セラミック
ス基板を用いることによって解決することができる。
However, when forming a copper circuit by thinning the silicon nitride ceramics substrate in this way, the strength of the whole becomes small, so that the reaction force against the thermal stress due to the difference in thermal expansion between the copper plate and the silicon nitride ceramics substrate. Becomes weak and there is a problem with reliability. However, when such a problem becomes a reality, room temperature bending strength is 700MP.
The problem can be solved by using a silicon nitride ceramics substrate having a or more, particularly 900 MPa or more.

【0017】本発明で使用される窒化ケイ素質セラミッ
クス基板は、窒化ケイ素成分が90重量%以上で、アル
ミナ、マグネシア、イットリア等の助剤成分が10重量
%以下である窒化ケイ素質焼結体が望ましいが、何らこ
れに限られることはなく、この組成に窒化アルミニウム
換算で1〜20重量%程度のアルミニウム成分を含ませ
たサイアロン質焼結体であってもよい。このような窒化
ケイ素質セラミックス基板は、水又はメタノール、エタ
ノール、1,1,1−トリクロルエタン等の有機媒体中
で原料粉末を混合してスラリーを調整した後グリーンシ
ートを成形し、バインダーを除去した後、不活性雰囲気
下、1700℃以上の温度で焼結することによって製造
することができる。
The silicon nitride ceramic substrate used in the present invention is a silicon nitride sintered body containing 90% by weight or more of silicon nitride and 10% by weight or less of auxiliary components such as alumina, magnesia and yttria. Although desirable, the present invention is not limited to this, and a sialon sintered body in which this composition contains an aluminum component in an amount of about 1 to 20% by weight in terms of aluminum nitride may be used. Such a silicon nitride ceramic substrate is prepared by mixing raw material powders in water or an organic medium such as methanol, ethanol, or 1,1,1-trichloroethane to prepare a slurry, forming a green sheet, and removing the binder. After that, it can be manufactured by sintering at a temperature of 1700 ° C. or higher in an inert atmosphere.

【0018】本発明の銅回路を有するセラミックス基板
の構造としては、例えば、窒化ケイ素質セラミックス基
板の厚みが0.3mm、回路側の銅板の厚みが0.3〜
0.5mmである場合、裏銅板の厚みは0.1〜0.2
5mmであることが望ましい。銅板としては、無酸素銅
板、タフピッチ銅板等が使用される。窒化ケイ素質セラ
ミックス基板と銅板の接合法としては、活性金属ろう付
け法、DBC法のいずれでも問題はないが、接合温度の
低い活性金属ろう付け法がより好ましい。
As the structure of the ceramic substrate having the copper circuit of the present invention, for example, the silicon nitride ceramic substrate has a thickness of 0.3 mm, and the copper plate on the circuit side has a thickness of 0.3 to
When the thickness is 0.5 mm, the thickness of the back copper plate is 0.1 to 0.2
It is preferably 5 mm. As the copper plate, an oxygen free copper plate, a tough pitch copper plate or the like is used. As a method of joining the silicon nitride ceramics substrate and the copper plate, there is no problem with either the active metal brazing method or the DBC method, but the active metal brazing method having a low joining temperature is more preferable.

【0019】銅回路の形成方法としては、あらかじめ窒
化ケイ素質セラミックス基板の全面に銅板を接合させた
後、塩化第2鉄や塩化第2銅によってエッチングを行う
方法が望ましい。このとき、銅板の厚みに応じて、エッ
チングスピード、処理温度、塩素イオン濃度などを変化
させることが望ましい。パターンの形状としては、窒化
ケイ素質セラミックス基板との熱膨張差を可能な限り小
さくするように、窒化ケイ素質セラミックス基板の長さ
に対して連続したパターンの長さが短い方が望ましい。
また、窒化ケイ素質セラミックス基板のサイズについて
も、基板の長さに比例して基板の端面にかかる熱応力が
大きくなるので、可能な限り小さい方が望ましい。
As a method of forming a copper circuit, it is desirable to bond a copper plate to the entire surface of the silicon nitride ceramics substrate in advance and then perform etching with ferric chloride or cupric chloride. At this time, it is desirable to change the etching speed, processing temperature, chlorine ion concentration, etc. according to the thickness of the copper plate. As the shape of the pattern, it is desirable that the length of the continuous pattern is shorter than the length of the silicon nitride ceramics substrate so that the difference in thermal expansion from the silicon nitride ceramics substrate is made as small as possible.
Also, regarding the size of the silicon nitride ceramics substrate, the thermal stress applied to the end face of the substrate increases in proportion to the length of the substrate, and thus it is desirable that the size is as small as possible.

【0020】[0020]

【実施例】以下、本発明を実施例と比較例をあげて具体
的に説明する。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to Examples and Comparative Examples.

【0021】実施例1〜2 窒化ケイ素粉末91重量%、イットリア粉末5重量%及
びアルミナ粉末4重量%含むスラリーを調整した後グリ
ーンシートを成形し、バインダーを除去してから窒素雰
囲気下1850℃の温度で常圧焼結し、サイズ16×2
0mmで厚み0.2mm又は0.3mmの窒化ケイ素質
セラミックス基板を製造し、その熱抵抗と熱伝導率を測
定した。熱抵抗は図1及び図2の装置を組立て測定し、
また、熱伝導率はレーザーフラッシュ法で測定した。
Examples 1 and 2 After preparing a slurry containing 91% by weight of silicon nitride powder, 5% by weight of yttria powder and 4% by weight of alumina powder, a green sheet was formed, and the binder was removed. Size 16 x 2 after pressureless sintering at temperature
A silicon nitride ceramic substrate having a thickness of 0 mm and a thickness of 0.2 mm or 0.3 mm was manufactured, and its thermal resistance and thermal conductivity were measured. The thermal resistance was measured by assembling the device of FIGS. 1 and 2,
The thermal conductivity was measured by the laser flash method.

【0022】銀粉末75重量部、銅粉末25重量部、ジ
ルコニウム粉末20重量部、 テルピネオール15重量部
及び有機結合剤としてポリイソブチルメタアクリレート
のトルエン溶液を固形分で1.5重量部を混合してろう
材ペーストを調整し、それを上記で得られた窒化ケイ素
セラミックス基板の両面にスクリーン印刷によって全面
塗布した。その際の塗布量(乾燥後)は6〜8mg/c
2 とした。
75 parts by weight of silver powder, 25 parts by weight of copper powder, 20 parts by weight of zirconium powder, 15 parts by weight of terpineol and 1.5 parts by weight of a solid solution of a toluene solution of polyisobutyl methacrylate as an organic binder are mixed. A brazing material paste was prepared and applied on both surfaces of the silicon nitride ceramic substrate obtained above by screen printing. The coating amount (after drying) at that time was 6 to 8 mg / c.
It was set to m 2 .

【0023】次いで、上記ろう材ペーストの塗布された
窒化ケイ素質セラミックス基板の表面には厚み0.5m
mの銅板を、また裏面には厚み0.2mmの銅板を接触
配置してから炉に投入し、1×10-5Torrの高真空
中、温度900℃で30分加熱した後、2℃/分程度の
降温速度で室温まで冷却して活性金属ろう付け法による
接合体を製造した。
Then, a thickness of 0.5 m is formed on the surface of the silicon nitride ceramic substrate coated with the brazing paste.
m copper plate and the back surface of the copper plate having a thickness of 0.2 mm are placed in contact with each other, and then placed in a furnace and heated in a high vacuum of 1 × 10 −5 Torr at a temperature of 900 ° C. for 30 minutes, and then at 2 ° C. / A joined body was manufactured by the active metal brazing method by cooling to room temperature at a cooling rate of about a minute.

【0024】次に、上記接合体の銅板上に、UV硬化タ
イプのエッチングレジストをスクリーン印刷にて回路パ
ターンに塗布後、塩化第2銅溶液を用いてエッチング処
理を行って銅板の不要部分を溶解除去し、さらにエッチ
ングレジストを5%苛性ソーダー溶液で剥離した。エッ
チング処理後の接合体には、銅回路パターン間に残留不
要ろう材及び活性金属成分と窒化ケイ素質セラミックス
基板の反応物があるのでそれを除去するため、温度60
℃、10%フッ化アンモニウム溶液に10分間浸漬し
た。
Next, a UV curing type etching resist is applied to the circuit pattern by screen printing on the copper plate of the above-mentioned bonded body, and then an etching treatment is carried out using a cupric chloride solution to dissolve unnecessary parts of the copper plate. After removal, the etching resist was stripped with a 5% caustic soda solution. In the bonded body after the etching treatment, there is a residual unnecessary brazing material and an active metal component and a reaction product of the silicon nitride ceramics substrate between the copper circuit patterns.
It was immersed in a 10% ammonium fluoride solution at 0 ° C for 10 minutes.

【0025】実施例3 窒化ケイ素粉末85重量%、窒化アルミニウム粉末13
重量%及びイットリア粉末2重量%の組成からなるサイ
アロン質スラリーを調整したこと以外は、実施例1に準
じて銅回路を有するセラミックス基板を製造した。
Example 3 85% by weight of silicon nitride powder and 13 aluminum nitride powder
A ceramic substrate having a copper circuit was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a sialon slurry having a composition of wt% and yttria powder of 2 wt% was prepared.

【0026】これら一連の処理を経て得られた銅回路を
有するセラミックス基板について、ヒートサイクル(熱
衝撃)試験を行った。ヒートサイクル試験は、気中、−
40℃×30分保持後、25℃×10分間放置、さらに
125℃×30分保持後、25℃×10分間放置を1サ
イクルとして行った。評価は、各実施例の1例毎にサン
プルを数十枚ずつ作製し、直ちにヒートサイクル試験を
行った。そして、3サイクル毎に各サンプルの状態を観
察し、その中で1枚のサンプルにでも銅板剥離を起こし
ているものがあればその時のサイクル数を銅板剥離開始
回数とし、その数の大小にて耐ヒートサイクル性を評価
した。それらの結果を表1に示す。
A heat cycle (thermal shock) test was conducted on the ceramic substrate having a copper circuit obtained through these series of treatments. The heat cycle test is in the air, −
After holding at 40 ° C. for 30 minutes, it was left at 25 ° C. for 10 minutes, further held at 125 ° C. for 30 minutes, and then left at 25 ° C. for 10 minutes as one cycle. For evaluation, dozens of samples were prepared for each example of each example, and a heat cycle test was immediately performed. Then, the state of each sample is observed every 3 cycles, and if even one sample has peeled copper plate, the number of cycles at that time is taken as the copper plate peeling start number, The heat cycle resistance was evaluated. The results are shown in Table 1.

【0027】[0027]

【表1】 [Table 1]

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明によれば、サイリスタ用基板とし
て好適な窒化ケイ素質セラミックス基板が得られ、この
窒化ケイ素質セラミックス基板を用いて作製された銅回
路を有するセラミックス基板は、熱衝撃や熱履歴に対す
る耐久性、すなわち耐ヒートショック性と耐ヒートサイ
クル性が著しく向上する。
According to the present invention, a silicon nitride-based ceramic substrate suitable as a substrate for thyristors is obtained, and a ceramic substrate having a copper circuit manufactured using this silicon nitride-based ceramic substrate is The durability against history, that is, the heat shock resistance and the heat cycle resistance are significantly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 窒化ケイ素質セラミックス基板の熱抵抗を測
定するための説明図
FIG. 1 is an explanatory diagram for measuring the thermal resistance of a silicon nitride ceramics substrate.

【図2】 窒化ケイ素質セラミックス基板の熱抵抗を測
定するための説明図
FIG. 2 is an explanatory diagram for measuring the thermal resistance of a silicon nitride ceramics substrate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 トランジスタ(「2SC−3042」底面積:16
×20mm2 ) 2 窒化ケイ素質セラミックス基板(16×20mm×
厚み) 3 トランジスタ側の放熱グリース 4 アルミニウム放熱ブロック側の放熱グリース 5 アルミニウム放熱ブロック(水冷式)
1 transistor (“2SC-3042” bottom area: 16
X 20 mm 2 ) 2 Silicon nitride ceramic substrate (16 x 20 mm x
(Thickness) 3 Heat dissipation grease on transistor side 4 Heat dissipation grease on aluminum heat dissipation block 5 Aluminum heat dissipation block (water cooling type)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H05K 1/03 B 7011−4E // H02M 1/00 R 8325−5H C04B 35/58 302 C (72)発明者 寺野 克典 福岡県大牟田市新開町1 電気化学工業株 式会社大牟田工場内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location H05K 1/03 B 7011-4E // H02M 1/00 R 8325-5H C04B 35/58 302 C ( 72) Inventor Katsunori Terano 1 Shinkai-cho, Omuta City, Fukuoka Prefecture Inside the Omuta Factory of the Electrochemical Industry Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 熱抵抗が0.20℃/W以下であること
を特徴とする窒化ケイ素質セラミックス基板。
1. A silicon nitride ceramic substrate having a thermal resistance of 0.20 ° C./W or less.
【請求項2】 請求項1記載の窒化ケイ素質セラミック
ス基板の片面には銅回路が形成され、反対の面には窒化
ケイ素質セラミックス基板とほぼ等しい面積を有する銅
板が接合されてなることを特徴とする銅回路を有するセ
ラミックス基板。
2. The silicon nitride ceramics substrate according to claim 1, wherein a copper circuit is formed on one surface, and a copper plate having an area substantially equal to that of the silicon nitride ceramics substrate is bonded to the opposite surface. A ceramic substrate having a copper circuit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0969594A (en) * 1995-06-23 1997-03-11 Toshiba Corp Silicon nitride heat sink for compression and compression structure parts using it

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0969594A (en) * 1995-06-23 1997-03-11 Toshiba Corp Silicon nitride heat sink for compression and compression structure parts using it
JP2975882B2 (en) * 1995-06-23 1999-11-10 株式会社東芝 Silicon nitride heatsink for pressure welding and pressure welding structural parts using it

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